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选修三 现代生物科技专题
(12小题，共100分)
1.(8分)(2010•青岛统考)胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射入人体后，会堆积在皮下，要经过较长时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题。
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是 。
(2)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？
(3)新的胰岛素基因与运载体(质粒)结合过程中需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。已知限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—。请画出质粒被限制性内切酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端 。DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专一性要求？ 。
(4)若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中，最常用的有效做法是 。
(5)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有 、 和发酵工程。
解析：(1)构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。(2)根据蛋白质的预期功能，推测新的胰岛素中氨基酸的序列，进而推断基因中的脱氧核苷酸序列来合成新的胰岛素基因。(3)植物基因工程最常用的转化方法是农杆菌转化法。(4)限制酶识别特定的核苷酸序列，产生特定的黏性末端，而DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列却没有专一性要求。(5)生产自然界本来没有的蛋白质需要用到蛋白质工程、基因工程等技术。
答案：(1)蛋白质的预期功能
(2)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因。
(3)
(4)农杆菌转化法
(5)蛋白质工程 基因工程
2.(8分)应用生物工程技术可获得人们需要的生物新品种或新产品。请据图回答下列问题：
(1)在培育转人生长激素基因牛过程中，①过程需要的工具酶是 ，②过程常用的方法是 。
(2)转人生长激素基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素，在基因表达载体中，人生长激素基因的首端必须含有 。③过程培养到桑椹胚或囊胚阶段，可以采用 技术，培育出多头相同的转基因犊牛。
(3)prG能激发细胞不断分裂，通过基因工程导入该调控基因来制备单克隆抗体，Ⅱ最可能是 细胞，Ⅲ代表的细胞具有 的特点。
(4)在抗虫棉培育过程中，④过程中的受体细胞如果采用愈伤组织细胞，与采用叶肉细胞相比较，其优点是 ，⑤过程采用的技术是 。
解析：(1)①是目的基因与运载体结合的过程，需要限制酶和DNA连接酶；②是重组质粒导入受体细胞的过程，常用的方法是显微注射法。(2)基因表达载体的首端必须有启动子；桑椹胚或囊胚阶段可以进行胚胎切割，这种方法可以培育出更多相同的转基因犊牛。(3)从图中看，Ⅱ是浆细胞，Ⅲ是导入prG的重组细胞，具有无限增殖和产生特异性抗体的特点。(4)愈伤组织细胞与叶肉细胞相比较其特点是全能性高。
答案：(1)限制酶、DNA连接酶 显微注射法 (2)(乳腺蛋白基因的)启动子 胚胎分割移植(胚胎分割和胚胎移植) (3)浆 既能无限增殖又能产生特定抗体 (4)全能性高 植物组织培养
3.(8分)自然情况下，牛的生育率很低，通过现代科技手段，可以实现良种牛的快速繁殖。请按照提示，回答下列问题：
(1)使一头良种雄性黄牛， 在一年内繁殖数百头后代，最简便的方法是 。
(2)现有一头良种雌性黄牛，采用胚胎移植的方法，可使这头良种牛一年生下数十头自己的后代。其操作过程中需要用激素对该良种母牛(供体)代孕母牛(受体)进行 处理；还要用激素使供体母牛 。胚胎收集的过程也叫做 。用于移植的胚胎应发育到 或 阶段。
(3)采用试管动物技术还可以使普通雌性黄牛产下奶牛、良种肉牛等不同品种小牛。该技术中首先要做的是体外受精和 。体外受精主要包括 、 和 等几个主要步骤。
解析：(1)通过人工授精的方法，可以在短时间内大量繁殖优良品种。(2)胚胎移植进行前，首先要对供体母牛和代孕母牛进行同期发情，同时还要用激素处理供体母牛使其超数排卵；人工收集发育到桑椹胚或囊胚阶段的胚胎进行移植。(3)试管动物技术包括体外受精和胚胎早期培养，体外受精又包括精子的采集和获能、卵母细胞的采集和受精三个阶段。
答案：(1)人工授精 (2)同期发情 超数排卵 冲卵 桑椹胚 囊胚 (3)早期胚胎的培养 卵母细胞的采集与培养 精子的采集和获能(精子的获取) 受精
4.(8分)江苏某县地处水乡，畜禽养殖和栽桑养蚕是当地农业的两大支柱产业。在生产总量不断扩张的同时，该县坚持在发展中解决环境问题，优化生态环境，实现了资源的最大化利用。请分析该县农业生态系统结构(部分)示意图，回答问题。
(1)该农业生态系统的能量流动从 开始，图中属于消费者的生物有 。
(2)与传统农业生态系统相比，该农业生态系统更能净化环境，主要原因是 。
(3)该农业生态系统为何能提高经济效益？ 。
(4)从生态系统稳定性看，该农业生态系统比简单的农田生态系统不易发生虫害的原因是 ，请说出两种根据生物学原理防治害虫的方法： 。
解析：(1)生态系统的能量输入是指由生产者固定太阳能开始，例如桑等农作物固定太阳能；直接或间接以生产者为食的为消费者，如蚕、畜、禽。(2)与传统农业相比该系统对物质进行了多级利用，如利用粪便等合成有机肥，减少了对化肥的使用，降低了成本，减轻了对环境的污染。(3)投入减少，物质循环利用，使产量提高。(4)该生态系统生物群落结构相对复杂，从而使抵抗力稳定性增强，自动调节能力提高。利用生物的种内关系或种间关系来诱杀害虫，如利用捕食关系引入天敌，利用性引诱剂进行防治害虫等。
答案：(1)桑等生产者固定太阳能 蚕、禽、畜
(2)粪便等“废弃物”被及时利用
(3)实现了物质和能量的多级利用，提高了农产品的产量；减少了化肥、农药的使用(降低农业投入)
(4)抵抗力稳定性较高(营养结构较复杂，自动调节能力较强) 天敌防治、激素防治、种植转基因抗虫作物
5.(8分)已知细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基嘌呤阻断。人淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径，但一般不分裂增殖。鼠骨髓瘤细胞中尽管没有S途径，但能不断分裂增殖，将这两种细胞在试管中混合，加聚乙二醇促融，获得杂种细胞，请回答下列问题：
(1)试管中除融合的杂种细胞外，还有 种融合细胞。
(2)设计一种方法(不考虑机械方法)，从培养液中分离出杂种细胞，并说明原理。
方法： 。
原理： 。
(3)将分离出的杂种细胞在不同条件下继续培养获得A、B、C三细胞株。各细胞株内含有的人染色体如下表(“＋”表示有，“－”表示无)，测定各细胞株中人体所具有的五种酶的活性结果是：
细胞株 人染色体编号
1 2 3 4 5 6 7 8
A ＋ ＋ ＋ ＋ － － － －
B ＋ ＋ － － ＋ ＋ － －
C ＋ － ＋ － ＋ － ＋ －
①B株有a酶活性 ②A、B、C株均有b酶活性 ③A、B株有c酶活性 ④C株有d酶活性 ⑤A、B、C株均无e酶活性。若人基因的作用不受鼠基因影响，则支配a、b、c、d和e酶合成的基因依次位于人的第 、 、 、 和 号染色体上。
解析：(1)将人淋巴细胞和鼠骨髓瘤细胞放在试管中混合，再加聚乙二醇促进融合，试管中可能有5种细胞：人淋巴细胞、鼠骨髓瘤细胞、人淋巴细胞自身融合的细胞、鼠骨髓瘤细胞自身融合的细胞、杂交瘤细胞。故试管中融合的细胞，除杂种细胞(杂交瘤细胞)外，还有2种细胞。(2)分离杂种细胞的方法，应根据鼠骨髓瘤细胞无S途径仅有D途径以及D途径能被氨基嘌呤阻断这方面考虑。若在培养基中加入氨基嘌呤，则鼠骨髓瘤细胞及鼠骨髓瘤细胞自身融合的细胞由于不能合成DNA而不能生存，人淋巴细胞及人淋巴细胞自身融合的细胞由于不能分裂增殖(由题干中知)也不能生存。故培养液中加入氨基嘌呤后只有杂种细胞能生存，可分离出杂种细胞。(3)据表分析，A细胞株含有1、2、3、4号人染色体；B含有1、2、5、6号人染色体；C含有1、3、5、7号人染色体；据题干知：A、B、C株均有b酶活性，说明支配b酶的基因位于1号染色体上，因为A、B、C株共有的人染色体只有1号。同理，c酶基因位于2号；e酶基因位于8号，d酶基因位于7号；a酶基因位于6号人染色体上。
答案：(1)2 (2)培养液中加入氨基嘌呤，收集增殖细胞 加入氨基嘌呤后，使D合成途径阻断，仅有D合成途径的骨髓瘤细胞及其彼此融合的细胞就不能增殖，但人淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞中可利用淋巴细胞中的S途径合成DNA而增殖
(3)6 1 2 7 8
6.(8分)下图为利用生物技术获得生物新品种的过程。据图回答：
(1)在基因工程中，A表示 ，B表示 。
(2)如果直接从苏云金杆菌中获得抗虫基因，①过程使用的酶是 ，A→B必需的两个基本条件是 和
(3)B→C为转基因绵羊的培育过程，其中④用到生物技术主要有动物细胞培养和 。
(4)若使用棉花的体细胞为受体细胞，⑤表示的生物技术是 ，要确定目的基因(抗虫基因)导入受体细胞后，是否能稳定遗传并表达，需进行检测和鉴定工作，请写出在个体水平上的鉴定过程：
。
解析：①过程为目的基因的提取，需要DNA限制性核酸内切酶，得到的A是目的基因，而B则是目的基因与运载体结合而形成的重组DNA。在转基因绵羊的培育中，除了需要通过基因工程获得转基因的细胞外，还要通过细胞培养将其培养成早期胚胎，再通过胚胎工程助其完成胚胎发育。植物可以体细胞作为目的基因的受体，然后通过植物组织培养即可获得转基因的个体；但要确定所得个体是否为转基因植物，必须对其进行鉴定，从个体水平看，最好让害虫食用植物叶片，若有抗虫性状，即转基因成功。
答案：(1)目的基因 重组DNA(基因表达载体) (2)限制性核酸内切酶 运载体 DNA连接酶 (3)胚胎移植 (4)植物组织培养 让害虫吞食转基因棉花的叶子，观察害虫的存活情况，以确定其是否具有抗虫性状
7.(8分)胚胎干细胞在基础生物学研究和临床应用方面具有重要价值。下图是胚胎干细胞获取方法图解。
(1)早期发育的胚胎分为 几个主要阶段。
(2)C、D细胞分别为 和 ，它们的形态特性是 。
(3)胚胎干细胞有何应用前景？(说出两例) 。
解析：动物早期胚胎发育分为桑椹胚、囊胚、原肠胚等几个阶段，胚胎干细胞来自早期胚胎或原始性腺，具有体积小、细胞核大、核仁明显等特点，可用于治疗人类的某些顽症、解决临床上供体器官不足及移植免疫等难题、提供研究体外细胞分化的材料。
答案：(1)(卵裂期)桑椹胚、囊胚、原肠胚 (2)内细胞团 原始性腺 细胞体积小、细胞核大、核仁明显
(3)①治疗人类的某些顽疾；②培育出人造组织器官，解决临床上供体器官不足和异体器官移植后免疫排斥问题；③研究细胞体外分化
8.(8分)右图表示用显微注射法导入目的基因获得转基因鼠的过程，据图回答。
(1)培育转基因哺乳动物时，与用早期胚胎细胞相比较，受精卵的优势是 。
(2)受精卵可以从供体母鼠体内获得，也可以通过体外受精获取。
①若受精卵细胞从供体母鼠体内获得，其基本过程是：首先对供体母鼠用促性腺激素进行 处理，再通过自然交配或 完成受精，最后从供体母鼠输卵管中获得受精卵。
②若受精卵在体外通过体外受精获得，其基本操作过程包括 、 和受精。
(3)过程Ⅲ表示受精卵经过体外培养，形成早期胚胎，再移植到受体母鼠体内。培养过程中，培养液添加一定量的 ，以防止杂菌污染；在含有5%CO2的培养箱中进行培养，CO2的主要作用是 。
(4)用显微注射技术将目的基因导入受体细胞，需要构建基因表达载体，目的是
。
解析：动物的体细胞的全能性受到限制，受精卵则不然，它是全能性最高的动物细胞，常用作转基因动物的受体细胞；受精卵可来自供体，也可来自体外受精，两种方式的操作有较大的差异；受精卵需要在体外培养成早期胚胎才能进行移植，在培养中为防止杂菌污染，需加入抗生素，同时利用CO2维持培养液的pH；基因表达载体的作用是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。
答案：(1)全能性高，能直接发育形成新个体 (2)①超数排卵 人工授精 ②卵母细胞的采集和培养(或卵母细胞的采集) 精子的采集和获能(或精子的获取) (3)抗生素 维持培养液中的pH (4)使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用
9.(10分)如图为经过体外受精和胚胎分割移植培育优质奶牛的过程，请回答下列问题：
(1)A细胞是 ，在进行体外受精前要对精子进行 处理。
(2)进行胚胎分割时，应选择发育到 时期的胚胎进行操作。
(3)②指的是 。
(4)通过胚胎分割产生的两个或多个个体具有相同遗传性状的根本原因是
。
(5)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意
。
(6)受体母牛必须和供体牛属于 。移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是 。
解析：将获能精子与处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞整合即可得到受精卵，受精卵经过体外培养形成早期胚胎，为了快速繁育优良品种，可以采用胚胎分割的技术手段，即选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚进行分割，分割后产生的个体因为所含的遗传物质相同，所以性状表现很相似。在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。大量的研究已经证明，同一物种受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能。
答案：(1)(次级)卵母细胞 获能 (2)桑椹胚或囊胚
(3)囊胚腔 (4)具有相同的遗传物质
(5)胚胎分割要将内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育
(6)同一物种 受体子宫对外来胚胎不发生排斥反应
10.(10分)苏云金杆菌是一种对昆虫有毒害作用的细菌，其杀虫活性物质主要是一类伴孢晶体蛋白。伴孢晶体蛋白经昆虫肠液消化成毒性肽，并因此导致昆虫死亡。自1993年培育转基因植物抗虫棉成功后，研究者又将抗虫基因成功地导入水稻细胞中。在培育转基因植物的研究中，抗除草基因(har)常作为标记基因。这样培育出来的转基因水稻既能抗虫又能抗除草剂，便于田间管理。下图为获得转基因水稻的技术流程，请据图回答：
(1)水稻细胞的基因结构与苏云金杆菌有所不同，其主要特点是 。
(2)要获得该抗虫基因，可采用 等方法。
(3)假如运载体被切割后，得到的分子末端序列为 ，则能与该运载体连接的抗
虫基因分子末端序列是 。
(4)C过程的水稻细胞经过 形成愈伤组织。培养基中除了含有必要营养物质，琼脂和激素外，还必须加入 。该培养基从用途上看属于 。
(5)如果抗虫基因在水稻细胞中成功表达，请用中心法则形式表示该基因的表达过程 。
(6)种植上述转基因植物，它所携带的目的基因可能通过花粉传递给近缘物种，造成“基因污染”。如果把目的基因导入叶绿体DNA中，就可以避免“基因污染”，原因是 。
解析：真核基因与原核基因相比，其特点是编码区不连续，由外显子和内含子两部分构成；获取目的基因有直接分离和人工合成两种方法；图中C过程为脱分化，培养基中需要添加生长素和细胞分裂素及起选择作用的除草剂；细胞质遗传可以避免目的基因随花粉传递给近缘物种的植物，造成基因污染。
答案：(1)基因编码区是间隔、不连续的 (2)从基因文库中获取或人工合成基因
(3) (4)脱分¬化 除草剂 选择培养基 (5)抗虫基因――→转录mRNA――→翻译伴孢晶体蛋白 (6)叶绿体遗传表现为母系遗传，目的基因不会通过叶绿体传递给近缘 物种
11.(8分)已知SARS是由一种RNA病毒感染所引起的疾病。SARS病毒表面的S蛋白是主要的病毒抗原，在SARS病人康复后的血清中有抗S蛋白的特异性抗体。某研究小组为了研制预防SARS病毒的疫苗，开展了前期研究工作。其简要的操作流程如下：
(1)实验步骤①所代表的反应过程是 。
(2)步骤②构建重组表达载体A和重组表达载体B必须使用限制性核酸内切酶和 酶，后者的作用是将限制性内切酶切割的 和 连接起来。
(3)如果省略步骤②而将大量扩增的S基因直接导入大肠杆菌，一般情况下，不能得到表达的S蛋白，其原因是S基因在大肠杆菌中不能 ，也不能 。
(4)为了检验步骤④所表达的S蛋白是否与病毒S蛋白有相同的免疫反应特性，可用 与 进行抗原－抗体特异性反应实验，从而得出结论。
(5)步骤④和⑥的结果相比，原核细胞表达的S蛋白与真核细胞表达的S蛋白的氨基酸序列 (相同、不同)，根本原因是 。
解析：(1)以RNA为模板合成DNA的过程，称为逆转录。(2)利用同一限制性核酸内切酶将目的基因和运载体切割出相同的黏性末端，再用DNA连接酶将目的基因(S基因)和运载体进行缝合，组成重组DNA。(3)直接将S基因导入受体细胞，S基因在宿主细胞内不复制，也不能表达。所以基因工程中一定要用运载体。(4)一种抗体只能和一种抗原发生特异性的结合，所以用SARS康复病人血清(含有抗体)与大肠杆菌中表达的S蛋白进行特异性反应实验，来检测基因工程表达的S蛋白和病毒S蛋白是否相同。(5)在研制疫苗过程中，④和⑥中所用的目的基因即S基因是相同的，转录的mRNA是相同的，翻译合成的蛋白质也相同。
答案：(1)逆转录 (2)DNA连接 载体 S基因
(3)复制 合成S基因的mRNA (4)大肠杆菌中表达的S蛋白 SARS康复病人血清 (5)相同 表达蛋白质所用的基因相同
12.(8分)科学家从某些能无限增殖细胞的细胞质中分离出无限增殖调控基因(prG)，该基因能激发许多动物细胞分裂，这为单克隆抗体的制备提供了更为广阔的前景。请回答以下相关问题。
(1)利用细胞融合技术制备单克隆抗体，促进动物细胞融合常用的诱导因素是 。
(2)利用细胞融合技术制备单克隆抗体时有两次筛选，第1次筛选的目的是 。第2次筛选的目的是 。
(3)有人提出，可以直接通过基因工程导入该调控基因来制备单克隆抗体，其思路如图所示。请回答：
①酶A是指 ，酶B是指 。
②对已导入重组质粒的Ⅱ进行“检测”的目的是 ；题目中Ⅱ所指的细胞是 ，Ⅲ所指的细胞具有的特点是 。
(4)也有人提出用细胞核移植技术构建重组细胞来生产单克隆抗体，试用相关的图示¬¬¬及文字表示该过程：
解析：(1)诱导动物细胞融合的方法有三类，其中用灭活的病毒是常用方法。(2)在单克隆抗体制备过程中，融合的细胞共有3种形态，第1次筛选的目的是选出杂交瘤细胞，但是杂交瘤细胞不一定产生所需抗体，所以还必须进行第2次筛选。(3)基因工程中用到的酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶，将重组质粒成功导入后，进行检测的目的是看目的基因是否表达。题目中Ⅱ所指的细胞是浆细胞，因为只有浆细胞才会产生抗体，Ⅲ所指的细胞是导入目的基因的浆细胞，由于目的基因控制细胞无限增殖，所以可用转基因技术来生产单克隆抗体。(4)由题干可知，从无限增殖细胞的细胞质中分离出无限增殖调控基因(prG)，所以采用核移植技术，应将无限增殖细胞的核除去，留下细胞质，让其与浆细胞核融合，则可产生单克隆抗体。
答案：(1)灭活的病毒
(2)筛选出杂交瘤细胞
筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞
(3)①限制性核酸内切酶 DNA连接酶
②检测目的基因在受体细胞中是否进行了表达(或检测受体细胞是否显示出目的基因控制的性状)
浆细胞 既能无限增殖又能产生特定抗体
(4)见图